1?方案概述

1.1?設(shè)計(jì)背景

風(fēng)力發(fā)電是世界上發(fā)展最快的綠色能源技術(shù)，與傳統(tǒng)能源相比，風(fēng)力發(fā)電不依賴外部能源，沒(méi)有燃料價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)電成本穩(wěn)定。在陸地風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)快速發(fā)展的同時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)了陸地風(fēng)能利用所受到的一些限制，如占地面積大、噪聲污染等問(wèn)題。由于海上豐富的風(fēng)能資源和當(dāng)今技術(shù)的可行性，海洋將成為一個(gè)迅速發(fā)展的風(fēng)電市場(chǎng)。

1.2?設(shè)計(jì)目標(biāo)

海上風(fēng)電要遠(yuǎn)比陸地風(fēng)電的風(fēng)險(xiǎn)大，技術(shù)難度更高，海上環(huán)境惡劣、可進(jìn)入性差,給海上風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行與維護(hù)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)，海水含鹽量高，腐蝕性強(qiáng)，海面常有大霧、雨水和臺(tái)風(fēng)等惡劣的自然條件，對(duì)于風(fēng)電機(jī)組的正常運(yùn)行具有極高的要求。不僅是風(fēng)機(jī)運(yùn)行的外部環(huán)境惡劣，我國(guó)風(fēng)電技術(shù)還處于發(fā)展階段，相關(guān)的機(jī)組技術(shù)、施工技術(shù)、輸電技術(shù)、運(yùn)維技術(shù)等還沒(méi)有完全成熟，風(fēng)電機(jī)組在外部環(huán)境和內(nèi)部技術(shù)的雙重影響下容易出現(xiàn)運(yùn)行故障，因此需要及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)。如何更有效更有針對(duì)性的發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的問(wèn)題，是風(fēng)電技術(shù)整個(gè)流程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，以風(fēng)機(jī)的運(yùn)行過(guò)程為例，風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生極大的電能，機(jī)組設(shè)備和輸電設(shè)備等都會(huì)產(chǎn)生大量熱量，呈現(xiàn)不同的溫度，當(dāng)設(shè)備將要發(fā)生故障或者發(fā)生故障后，設(shè)備表面的溫度會(huì)明顯發(fā)生變化，比如短路時(shí)會(huì)瞬間通過(guò)大量電流，造成溫度異常升高，短路通電量極少，溫度明顯低于周圍等等，通過(guò)監(jiān)測(cè)機(jī)組設(shè)備的溫度是一個(gè)有效解決辦法，可以很好的保障機(jī)組的正常工作。

2?設(shè)計(jì)說(shuō)明

2.1?設(shè)計(jì)原理

2.1.1電氣設(shè)備故障發(fā)熱

圖2.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

風(fēng)電機(jī)組包括主軸承、發(fā)電機(jī)等，是風(fēng)機(jī)的核心設(shè)備，溫度是風(fēng)電機(jī)組工作的重要指標(biāo)，超過(guò)額定溫度時(shí)每升高10℃，則電機(jī)的壽命將縮短一半，電機(jī)是維持風(fēng)機(jī)正常工作的重要保證，常見的機(jī)組運(yùn)行故障包括：

• 電氣接線接觸不良或老化導(dǎo)致電氣接線溫度異常；
• 電機(jī)外殼由于鐵心老化、散熱不良導(dǎo)致外殼溫度過(guò)高或溫度不均勻；
• 與電機(jī)連接的軸承、連軸器:1)過(guò)度潤(rùn)滑；2)缺乏潤(rùn)滑；3)未對(duì)準(zhǔn)通常會(huì)導(dǎo)致軸承問(wèn)題。

根據(jù)以往紅外熱像測(cè)試的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，機(jī)組電氣接線以及線纜接頭缺陷所導(dǎo)致的異常發(fā)熱比較常見。主要原因是：1）氧化腐蝕：金屬表面嚴(yán)重銹蝕氧化，造成金屬接觸面的電阻值乘幾十倍到幾百倍的增加；2）導(dǎo)線斷股、接頭松動(dòng)：導(dǎo)體連接部位長(zhǎng)期受到機(jī)械振動(dòng)，使得導(dǎo)體壓接部位的螺絲松動(dòng)、導(dǎo)線斷股電阻值增大。3) 因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝工藝質(zhì)量所引起的異常發(fā)熱

配電控制柜具有類似的問(wèn)題，有大量觸頭、開關(guān)、套管夾等，常常由于接觸不良、腐蝕或內(nèi)部異常等各種原因，出現(xiàn)異常過(guò)熱點(diǎn)，嚴(yán)重影響安全供電，需要及時(shí)排除安全隱患，避免發(fā)生更大危險(xiǎn)。

2.1.2紅外熱像儀在風(fēng)力發(fā)電中的作用

• 電氣設(shè)備出線接頭、內(nèi)部導(dǎo)流回路連接處檢測(cè)
• 各類導(dǎo)電接頭、接線樁頭氧化腐蝕以及連接不良缺陷
• 各類高壓開關(guān)內(nèi)中心觸頭接觸不良缺陷
• 隔離刀閘刀口與觸片以及轉(zhuǎn)動(dòng)帽與球頭結(jié)合不良缺陷
• 電力變壓器高、低壓套管上、下兩端連接不良
• 線夾發(fā)熱檢測(cè)
• 電纜接頭檢測(cè)
• 風(fēng)電機(jī)組（包括主軸承、聯(lián)軸器等）發(fā)熱故障監(jiān)測(cè)
• 發(fā)電機(jī)、控制柜發(fā)熱故障監(jiān)測(cè)

2.2?需求分析

（1）系統(tǒng)要求：監(jiān)控系統(tǒng)要覆蓋整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)艙和塔底變頻器，實(shí)現(xiàn)全天候、全方位、實(shí)時(shí)、非接觸、精準(zhǔn)測(cè)溫要求，可以對(duì)感興趣點(diǎn)進(jìn)行快速的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)獲取，要配備紅外熱像儀及其全套組件，系統(tǒng)各構(gòu)件要達(dá)到相關(guān)參數(shù)要求。

（2）數(shù)據(jù)要求：可以實(shí)時(shí)查看并且存儲(chǔ)溫度視頻數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式符合參數(shù)要求。

（3）監(jiān)控范圍：通過(guò)紅外熱成像海上風(fēng)力發(fā)電圖像監(jiān)控系統(tǒng)，工作人員在監(jiān)控中心可對(duì)整個(gè)機(jī)艙（12m×4.9m×5m）和變頻器（5m×3m）溫度實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的監(jiān)控。

（4）報(bào)警要求：在出現(xiàn)溫度故障前或者剛出現(xiàn)故障，能在第一時(shí)間偵察到故障區(qū)域及故障程度，并及時(shí)進(jìn)行報(bào)警，使工作人員盡早發(fā)現(xiàn)隱患，及時(shí)處理可能突發(fā)的所有發(fā)熱故障情況。

3?設(shè)計(jì)方案

3.1?系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)控

利用機(jī)艙頂部設(shè)置的監(jiān)控點(diǎn)，獲取覆蓋范圍內(nèi)的監(jiān)控紅外圖像，實(shí)現(xiàn)全天候不間斷監(jiān)控。觀測(cè)人員在監(jiān)控中心可觀測(cè)到整個(gè)機(jī)艙風(fēng)電機(jī)組的紅外圖像，系統(tǒng)可進(jìn)行全程錄像。

（2）動(dòng)態(tài)監(jiān)控

在網(wǎng)線快速傳輸系統(tǒng)的支持下，將紅外圖像及其它信息實(shí)時(shí)、同步傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)真實(shí)觀測(cè)機(jī)艙和變頻器的動(dòng)態(tài)情況。

（3）獲取感興趣點(diǎn)溫度

監(jiān)控中心人員可以通過(guò)熱像儀配套的軟件人為選取感興趣區(qū)域的精準(zhǔn)溫度，判斷是否有故障發(fā)生。

（4）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、離線分析

對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)前端傳回的溫度圖像數(shù)據(jù)，系統(tǒng)提供截圖、視頻流、溫度流的隨時(shí)存儲(chǔ)功能，可對(duì)感興趣時(shí)間段的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，并可用系統(tǒng)軟件進(jìn)行離線分析。

（5）超溫自動(dòng)報(bào)警

實(shí)時(shí)自動(dòng)測(cè)量視場(chǎng)中物體的最高溫度，超過(guò)系統(tǒng)設(shè)置報(bào)警溫度自動(dòng)報(bào)警，并輸出報(bào)警信號(hào)，監(jiān)控電腦可發(fā)出報(bào)警聲音，也可外接聲光報(bào)警裝置。

3.2?系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

根據(jù)機(jī)艙和變頻器的特點(diǎn)，我們考慮在高點(diǎn)設(shè)立監(jiān)控點(diǎn)，監(jiān)控點(diǎn)與監(jiān)控中心之間采用網(wǎng)線連接，監(jiān)控中心能對(duì)指定區(qū)域進(jìn)行巡視、圖像采集和溫度數(shù)據(jù)分析，實(shí)時(shí)進(jìn)行最高點(diǎn)溫度搜索，實(shí)時(shí)溫度異常預(yù)警。實(shí)時(shí)監(jiān)視、調(diào)看各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的紅外圖像和錄像資料。監(jiān)控中心可自動(dòng)或手動(dòng)切換出各監(jiān)控點(diǎn)的圖象。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)由兩部分構(gòu)成：監(jiān)控前端（監(jiān)控點(diǎn)）和監(jiān)控中心。

系統(tǒng)暫設(shè)若干個(gè)監(jiān)控前端（監(jiān)控點(diǎn)）。在各監(jiān)控點(diǎn)制高點(diǎn)架設(shè)紅外熱成像儀一臺(tái)，監(jiān)控中心由監(jiān)控工作站等設(shè)備組成，系統(tǒng)采用TCP/IP協(xié)議，采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有良好的可擴(kuò)充性，可隨時(shí)增加撤減監(jiān)控點(diǎn)。監(jiān)控中心主要的功能就是：預(yù)警、顯示、控制、錄像和視頻數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化。

3.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3.4.1現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)

機(jī)艙周圍空間有限，安裝距離有限，視場(chǎng)角受限，要滿足全方位觀察，需要在機(jī)艙頂部安裝熱像儀，保證監(jiān)控系統(tǒng)前端能夠正常工作，且減少維護(hù)成本，如圖3.2，塔底變頻器安裝距離稍遠(yuǎn)，考慮到監(jiān)控全面性，也需要安裝到頂部位置，如圖3.3。

3.4.2安裝位置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際勘測(cè)的位置，機(jī)艙處需要安裝到艙室頂部，以滿足全面監(jiān)控要求，現(xiàn)場(chǎng)合適的位置是艙頂橫梁，可以直接通過(guò)支架將熱像儀安裝到此位置，安裝平面圖如圖3.4，由于距離有限，需要在頂部安裝兩臺(tái)熱像儀，分別負(fù)責(zé)監(jiān)視一半的區(qū)域，如圖3.5；塔底變頻器采用傾斜監(jiān)控的方式，安裝在頂部，安裝平面圖如圖3.6，覆蓋變頻器全部。

 

3.4.3熱像儀選型

（1）熱像儀選型

根據(jù)機(jī)艙的工作溫度，選用Yoseen?X系列紅外熱像儀，分辨率為384×288，該熱像儀屬于在線式測(cè)溫型紅外熱像儀，通過(guò)接收物體發(fā)射的紅外線，經(jīng)過(guò)一系列的處理，可形成物體表面的熱像圖，并進(jìn)行相關(guān)部位的溫度測(cè)量，有助于發(fā)現(xiàn)機(jī)組故障隱患。

（2）鏡頭選取

熱像儀采取頂部安裝，保證熱像儀視場(chǎng)角全面覆蓋機(jī)組和變頻器指定監(jiān)控區(qū)域，機(jī)艙大小為12×5×5m,采用頂部?jī)膳_(tái)監(jiān)控，根據(jù)計(jì)算，選用2.2mm鏡頭；變頻器大小為5×3m，采用頂部?jī)A斜安裝監(jiān)控方式，根據(jù)計(jì)算，采用3mm鏡頭，系統(tǒng)共包括兩個(gè)機(jī)艙和兩個(gè)變頻器，共計(jì)六臺(tái)。

 

3.5系統(tǒng)組成

紅外熱成像海上風(fēng)力發(fā)電圖像監(jiān)控系統(tǒng)由中心監(jiān)控管理系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、紅外熱成像系統(tǒng)、供電系統(tǒng)組成。

（1）中心監(jiān)控管理系統(tǒng)

主要實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的圖像顯示、錄像控制，遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)壓縮處理、網(wǎng)絡(luò)傳輸、系統(tǒng)控制管理、預(yù)警及數(shù)據(jù)庫(kù)管理，向指揮調(diào)度人員提供全面的、清晰的、可操作的、可錄制、可回放的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)圖像。

（2）傳輸系統(tǒng)

提供系統(tǒng)互聯(lián)及信息交互的聯(lián)網(wǎng)能力，監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸方式主要有網(wǎng)線傳輸、光纖傳輸、無(wú)線微波傳輸?shù)取Ｒ话銇?lái)說(shuō)，當(dāng)攝像頭的安裝位置離監(jiān)控中心較近時(shí)（兩百米以內(nèi)），多采用網(wǎng)線傳輸方式，當(dāng)攝像頭的位置距離監(jiān)控中心較遠(yuǎn)時(shí)，往往采用光纖傳輸方式。本系統(tǒng)考慮到監(jiān)控點(diǎn)的具體情況，擬采用網(wǎng)線傳輸方式。

（3）紅外熱成像系統(tǒng)

提供風(fēng)力發(fā)電早期預(yù)警信號(hào)，監(jiān)測(cè)視場(chǎng)中物體的最高溫度，超過(guò)設(shè)定的報(bào)警溫度，系統(tǒng)報(bào)警。

（4）供電系統(tǒng)

提供系統(tǒng)運(yùn)行的基本電力保障，采用DC12V供電方式。

3.6系統(tǒng)功能

3.6.1高溫預(yù)警功能

應(yīng)用紅外熱成像儀等設(shè)備，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以下高溫預(yù)警功能

（1）手動(dòng)或自動(dòng)開啟紅外熱成像等設(shè)備，對(duì)指定區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控、圖像采集和溫度數(shù)據(jù)分析，實(shí)時(shí)進(jìn)行最高點(diǎn)溫度搜索，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前視場(chǎng)的最高點(diǎn)溫度。

（2）可將采集到的紅外圖像存儲(chǔ)下來(lái)，放入數(shù)據(jù)庫(kù)，在數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的支持下分析比較，利用設(shè)定的數(shù)據(jù)，判定是否發(fā)出預(yù)警信號(hào)。

3.6.2一般功能

（1）監(jiān)視功能

實(shí)時(shí)顯示紅外熱成像設(shè)備的圖像。

多畫面同時(shí)監(jiān)控。

（2）控制報(bào)警功能

自由設(shè)置溫度報(bào)警。

遠(yuǎn)程報(bào)警信息接收處理及系統(tǒng)日志查看。

（3）錄放像功能

報(bào)警數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)，手動(dòng)隨時(shí)存儲(chǔ)，可隨時(shí)回放錄像數(shù)據(jù)。

（4）網(wǎng)絡(luò)功能

遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)顯示紅外熱成像設(shè)備的圖像溫度情況。

遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)接收高溫預(yù)警信號(hào)及其它報(bào)警信息。

遠(yuǎn)程查詢及回放前端歷史圖像以及保存的預(yù)警錄像。

遠(yuǎn)程錄像文件下載。

支持RTSP流媒體協(xié)議。